【正文】 土層的頂面，成為多年凍土上限，簡稱上限；其地面，稱為多年凍土下限，簡稱下限。防水措施、結(jié)構(gòu)措施的采用，應(yīng)根據(jù)地基處理的程度不同而有所差別。②堿液加固：利用氫氧化鈉溶液加固濕陷性黃土地基在我國始于20世紀(jì)60年代，其加固原則為：氫氧化鈉溶液注入黃土后，首先與土中可溶性和交換性堿土金屬陽離子發(fā)生置換反映，反映結(jié)果使土顆粒表面生成堿土金屬氫氧化物。(6)化學(xué)加固法化學(xué)加固則多用于濕陷事故處理。樁孔深度應(yīng)根據(jù)建筑物的分類情況、濕陷類型、濕陷等級、濕陷土層厚度綜合確定。施工時，先利用沉管、沖擊或爆擴(kuò)等方法在地基中擠土成孔，然后向孔內(nèi)夯填灰土成樁。水泥漿通過柱塞式泥漿泵強(qiáng)制注入，除非非凡情況很少斷漿，施工中一般采用預(yù)攪下沉?xí)r就噴漿的工藝，因此樁體的均勻性比干法施工好。因為輸入的是水泥干粉，因此必然對土的天然含水量有一定的要求，假如土的含水量較低時，很輕易出現(xiàn)樁體中心固化不充分、強(qiáng)度低的現(xiàn)象，嚴(yán)重的甚至根本沒有強(qiáng)度。圖 22 強(qiáng)夯法施工(3)深層攪拌樁法深層攪拌樁是復(fù)合地基的一種，近幾年在黃土地區(qū)應(yīng)用比較廣泛，可用于處理含水量較高的濕陷性弱的黃土。強(qiáng)夯法施工設(shè)計參數(shù)主要有有效加固深度、夯擊能、夯擊遍數(shù)、間歇時間、夯點布置及間距等。國外最大的夯擊能曾達(dá)到50MN摻灰量用消石灰和土料的體積配合比表示，一般為2：8或3：7等，根據(jù)設(shè)計要求確定。(1)灰土墊層法(換土法)灰土墊層是濕陷性黃土地區(qū)使用最早和最廣泛的地基處理方法之一。(4)預(yù)留適應(yīng)沉降的凈空。 結(jié)構(gòu)措施結(jié)構(gòu)措施的目的是為了減少結(jié)構(gòu)物的不均勻沉降，或使結(jié)構(gòu)物適應(yīng)地基的變形。地基設(shè)計包括承載力、濕陷變形、壓縮變形和穩(wěn)定性計算。濕陷性黃土廣泛分布于我國東北、西北、華中和華東部分地區(qū)。第2章 特殊性質(zhì)土壤處理 概述普通土壤一般工程性質(zhì)良好，沉降均勻穩(wěn)定，受環(huán)境變化影響較小，對于此類土壤的處理措施已經(jīng)非常成熟，可參考資料也非常多，故不作介紹。⑤工程的質(zhì)量鐵路項目的工程質(zhì)量是直接影響路基沉降量的重要因素。這些將在第3章詳細(xì)介紹。但是當(dāng)鐵路鋪設(shè)在土質(zhì)疏松或土壤濕陷性強(qiáng)的地區(qū)時，水分的多少會對鐵路路基的沉降起到重要的影響。由于均勻并且土質(zhì)良好的土壤，在沉降過程中沉降均勻，所以本文不作介紹，而主要介紹特殊性質(zhì)土壤的處理措施。本文著重探討的是對行車影響最為關(guān)鍵的沉降問題，以及邊坡防護(hù)。對鐵路路基的沉降變形進(jìn)行控制，能夠明顯的提高鐵路路基的質(zhì)量，保證鐵路運(yùn)輸?shù)陌踩?。路基是軌道的基礎(chǔ)，也叫線路下部結(jié)構(gòu)。是新中國成立以來一次建設(shè)里程最長、投資最大、標(biāo)準(zhǔn)最高的高速鐵路。 km/h， km/h， km/h的試驗速度。高速鐵路除了在列車在營運(yùn)達(dá)到一定速度標(biāo)準(zhǔn)外，車輛、路軌、操作都需要配合提升。高速鐵路的概念20世紀(jì)60年代以來，高速鐵路在世界發(fā)達(dá)國家崛起，鐵路發(fā)展進(jìn)入了一個嶄新的階段。2011年開通的京滬高鐵運(yùn)營速度為350km/h。2011年6月30日正式開通運(yùn)營，北京到上海最快只需4時48分，實現(xiàn)千里京滬一日還。高速鐵路的出現(xiàn)對傳統(tǒng)鐵路的設(shè)計施工和養(yǎng)護(hù)維修提出了新的挑戰(zhàn)，在許多方面深化和改變了傳統(tǒng)的設(shè)計方法和觀念。隨著國家鐵路第六次大提速的完成，鐵路運(yùn)輸對路基的抗沉降能力有了更高要求。圖14 鐵路路基遭到破壞 論文內(nèi)容本論文的主要內(nèi)容為影響鐵路路基穩(wěn)定的因素：①土壤的性質(zhì)鐵路的修建是一項規(guī)模龐大的工程，因此，在項目施工的過程中，勢必會遇到不同的地質(zhì)狀況以及性質(zhì)各異的土體類型。這些將在第2章詳細(xì)介紹。如在土質(zhì)疏松的地區(qū)，強(qiáng)降水會不斷沖刷路基兩側(cè)的土壤，破壞路基填土的穩(wěn)定性，降低路基填土的抗剪強(qiáng)度。③影響邊坡的主要因素是降雨和風(fēng)沙侵蝕，邊坡的破壞將直接影響路基的長期穩(wěn)定喝列車的正常運(yùn)營，所以應(yīng)足夠重視邊坡的防護(hù)，對于保護(hù)路基免受損壞、美化環(huán)境也有很大幫助，在第4章將著重介紹邊坡的防護(hù)。在施工的過程中，對路基的處理方式、填料的選擇、填筑的厚度、路基的壓實度以及自然沉降的時間，都對路基的工后沉降量起到了一定的決定作用。特殊性質(zhì)的土壤，工程性質(zhì)較差，常發(fā)生災(zāi)害，對行車安全和養(yǎng)護(hù)維修造成很大影響，本文將著重介紹幾種常見的影響較大分布廣泛的特殊性質(zhì)土。 濕陷原因黃土的濕陷現(xiàn)象是一個復(fù)雜的地質(zhì)、物理、化學(xué)過程，對其濕陷的原因和機(jī)理，國內(nèi)外學(xué)者有種種假說，如毛細(xì)管假說、溶鹽假說、膠體不足假說、水膜楔入假說、欠壓密理論和結(jié)構(gòu)學(xué)說等。進(jìn)行濕陷性黃土地基處理，在處理深度和處理范圍上區(qū)分：① 淺處理，即消除建筑物地基的部分濕陷量；②深基礎(chǔ)處理，即消除建筑物地基的全部濕陷量，這種方法包括采用樁基礎(chǔ)或深基礎(chǔ)穿透全部的濕陷性黃土層。當(dāng)?shù)鼗惶幚砘騼H消除地基的部分濕陷量時，結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)根據(jù)建筑物類別，地基濕陷等級或地基處理后下部未處理濕陷性黃土層的濕陷起始壓力值或剩余濕陷量以及建筑物的不均勻沉降、傾斜和構(gòu)件等不利情況，采取下列結(jié)構(gòu)措施：(1)選擇適宜的結(jié)構(gòu)體系和基礎(chǔ)形式。在上述兩種措施的基礎(chǔ)上，力求簡單的建筑平面布置、加強(qiáng)其整體結(jié)構(gòu)的剛度，在適當(dāng)位置布設(shè)沉降縫，減小不均勻沉降對建筑物的影響，使建筑物自身有調(diào)節(jié)地基濕陷變形的條件?；彝翂|層是先將需要處理的濕陷性黃土挖除，換之以消石灰和粉質(zhì)黏土的混合體分層壓實?；彝翂|層具有一定的強(qiáng)度、承載力，也具有水穩(wěn)定性和抗?jié)B性，且施工工藝簡單、取材方便、工程費(fèi)用低、施工質(zhì)量易控的特點得到廣泛應(yīng)用。m。影響有效加固深度的因素很多，除了錘重和落距以外，地基土的性質(zhì)、不同土層的厚度及其他強(qiáng)夯設(shè)計參數(shù)等都與有效加固深度有著密切的關(guān)系。它具有施工簡便、快捷、無振動，基本不擠土，低噪音等特點。在某些含水量較高的土層中也會出現(xiàn)類似的情況。圖 23 深層攪拌樁法施工中應(yīng)注意的問題：必須在設(shè)計或施工中采取有效措施來保證攪拌樁復(fù)合地基各參數(shù)能達(dá)到各自的設(shè)計值，否則設(shè)計的可靠度會降低，如樁端為硬土，或樁長超過臨界樁長時，取值高于規(guī)定，就必須采取設(shè)置褥墊層或其他方法使樁間土發(fā)揮較高的強(qiáng)度，選用較高的樁體強(qiáng)度時，就必須采取增加水泥用量、摻加外加劑、復(fù)攪等措施，才能保證設(shè)計與預(yù)期的實際結(jié)果比較一致。成樁時，通過成孔過程中的橫向擠壓作用，樁孔內(nèi)的土被擠向周圍，使樁間土得以擠密，然后將備好的灰土分層填入樁孔內(nèi)，并分層搗實至設(shè)計標(biāo)高，二者分別與擠密的樁間土組成復(fù)合地基，共同承受基礎(chǔ)的上部荷載。圖 24 灰土擠密樁法(5)預(yù)浸水法對于自重濕陷性黃土，可在施工前在建筑場地構(gòu)筑小埝，圍成淺塘，向塘中注水并保持一定的水深，讓水充分浸入土中，使土產(chǎn)生自重濕陷。利用某些化學(xué)溶液注入地基土中，通過化學(xué)反應(yīng)生成膠凝物質(zhì)或使土顆粒表面活化，在接觸處膠結(jié)固化，以增強(qiáng)土顆粒間的連結(jié)，提高土體的力學(xué)強(qiáng)度的方法稱為化學(xué)加固法。堿液對土的加固作用不同于其他的化學(xué)加固方法，它不是從溶液本身析出膠凝物質(zhì)，而是堿液與土發(fā)生化學(xué)反應(yīng)后，使土顆粒表面活化，白行膠結(jié)，從而增強(qiáng)土的力學(xué)強(qiáng)度及其水穩(wěn)定性。在實際工作中，對地基做了處理，消除了全部地基土的濕陷性，就不必再考慮其他措施，若地基處理只消除地基主要部分濕陷量，為了避免濕陷對建筑物危害，還應(yīng)輔以防水和結(jié)構(gòu)措施。在大自然條件下形成的上限，稱為天然上限；受人為活動影響形成的新上限，稱為人為上限。在上限以下，下限以上的多年凍土層內(nèi)局部融區(qū)的地下水，成為層下水。凍土融沉包括與外荷載無關(guān)的融化沉降和與外荷載直接有關(guān)的壓密沉降。凍脹一般會導(dǎo)致路基發(fā)生變形，形成凍脹壟崗。凍脹本身不僅引起道路路基 路面的破壞，還可引起橋梁、涵洞基礎(chǔ)的凍害 特別對早期所修建的下部結(jié)構(gòu)尤為突出。(5)熱熔沉陷和熱熔湖(塘)。 凍土地區(qū)路基的處理 遮陽板路基近幾年，國內(nèi)外保護(hù)凍路基研究的一個方向就是遮陽板路基，遮陽板置于路基體外，遮擋部分路基體 用來阻擋太陽光直接輻射并且阻隔雨水下滲，從而達(dá)到保護(hù)凍土路基的目的。遮陽板能夠減少或阻隔帶有融化潛熱的雨水下滲路基，切斷路基邊坡的雨水補(bǔ)給 還能保證蒸發(fā)散熱邊界條件有利于蒸發(fā)散熱，綜合作用使得遮陽板路基工程措施降溫趨勢更明顯。(2)遮陽板路基的缺點遮陽板面板易變形、損壞，多年凍土地區(qū)溫差大，遮陽板材料熱脹冷縮量大，遮陽板在使用中因內(nèi)應(yīng)力導(dǎo)致結(jié)構(gòu)變形、損壞，不利于工程措施持久使用。片石通風(fēng)路基通過改變路基的表面形狀和熱傳輸機(jī)理來調(diào)整路基的溫度狀態(tài)，達(dá)到保護(hù)多年凍土的目的。圖 26 片石通風(fēng)路基(1)片石通風(fēng)路基的優(yōu)點片石通風(fēng)路基能夠起到降低基底溫度和增加地層冷儲量的作用。(2)片石通風(fēng)路基的缺點在車輛荷載作用下，土體凍融時水汽容易遷移，細(xì)顆粒土可能擠入片石層中，造成片石孔隙的部分堵塞，同時還會影響路基的穩(wěn)定性。 通風(fēng)管路基通風(fēng)管路基是一種積極保護(hù)凍土的工程措施，通風(fēng)管路基主要由路基土體和通風(fēng)管構(gòu)成。在路基中埋入通風(fēng)管，可有效阻止路基表面吸收的輻射熱量下傳，能夠有效降低了基底以下部位的地溫。隨著氣溫不斷升高和瀝青路面吸熱作用，路基的坡腳處會出現(xiàn)融化核，影響路基的穩(wěn)定性。熱棒是在密閉真空腔體注入低沸點工質(zhì)(如氨、氟利昂、丙烷、CO，等)而構(gòu)成，管的上部(散熱段)裝有散熱片，管的下部(蒸發(fā)段)埋入多年凍土中，中間為絕熱段。熱棒單向傳熱，反向不傳熱。(2)熱棒路基的缺點熱棒的使用效果受到眾多因素的影響，特別是凍結(jié)期長短問題，若凍結(jié)期短，融化期長，凍結(jié)核尚未在下一個冬季來臨之前就全部融化，那么就失去了熱棒的應(yīng)用價值。 軟土地區(qū)路基處理技術(shù) 軟土的概念軟土是淤泥和淤泥質(zhì)土的總稱。 軟土的成因類型及工程特性軟土在我國濱海平原、河口三角洲、湖盆地周圍及山澗谷底均有廣泛分布。習(xí)慣上常把淤泥、淤泥質(zhì)土、軟粘性土總稱為軟土，而把有機(jī)質(zhì)含量很高的泥炭、泥炭質(zhì)土稱為泥沼。加固技術(shù)大致可分三類：①改變路堤的結(jié)構(gòu)形式；②人工地基；③排水固結(jié)。為保證護(hù)道本身的穩(wěn)定，其高度不能超過臨界高度，多采用路堤高度的1/3～1/2，因此反壓護(hù)道適用于路堤高度不大于臨界高度2倍的情況。土工合成材料的種類很多，可根據(jù)工程要求選用。(1)換土換土是以人工、機(jī)械、爆破的方法將軟土移除，換填強(qiáng)度較高的黏性土或砂、礫石、碎石等滲水材料。當(dāng)軟土的液性指數(shù)較大，水不易抽干時，可采用拋石擠淤的方法強(qiáng)迫換土。在外荷載作用下，應(yīng)力向砂樁集中，使樁周圍土層承受的壓力減小，沉降也相應(yīng)減小。設(shè)計規(guī)則規(guī)定，灌砂要密實，灌砂率不應(yīng)小于90%。砂樁頂面應(yīng)鋪以砂墊層以利排水。目前在國內(nèi)外廣泛應(yīng)用的碎石樁、砂樁、渣土樁等復(fù)合地基都是散體樁復(fù)合地基。當(dāng)以礫砂、粗砂、中砂、圓礫、角礫、卵石、碎石等為填充料制成的樁稱為砂石樁。在生石灰塊中摻入一定比倒的砂子，一方面是填充其中的孔隙，增大石灰砂拄的作用效果。它的強(qiáng)度大，水穩(wěn)性好，可提高軟土地基的承載力，減小沉降量。(1)排水砂井軟土地基在荷載作用下，孔隙水慢慢排出，孔隙水壓力逐漸消散，有效應(yīng)力逐漸提高，孔隙體積逐漸減小，地基發(fā)生固結(jié)沉降，地基強(qiáng)度相應(yīng)增大。砂井(袋裝砂井、塑料排水板)就是按照這個原理而設(shè)置的。砂井直徑要能滿足地基排水固結(jié)的要求，在地基沉降過程中不至于被剪斷或被細(xì)土粒淤塞。采用小的井距，理論上是合理的。井距的大小用固結(jié)理論計算而確定，一般為井徑的8～10倍，常用2～4米。當(dāng)軟土層較厚時，砂井不必貫穿軟土，其長度通過穩(wěn)定分析而定。(2)袋裝砂井袋裝砂井是在合成材料編織袋內(nèi)充填中粗砂，裝入地基孔內(nèi)，以加速地基排水固結(jié)，其擊鼓原理、設(shè)計方法與砂井完全相同。與普通砂井相比的一些優(yōu)點：①袋裝砂井直徑小，用砂量小，其費(fèi)用僅為普通砂井的40%～50%，造價低廉。基于以上優(yōu)點，袋裝砂井已經(jīng)被普遍采用，幾乎完全代替了普通砂井。復(fù)合結(jié)構(gòu)型是指由塑料芯板(起豎向排水作用)外套既透水又擋泥的濾膜組成，芯板用硬質(zhì)聚氯乙烯和聚丙烯制成，斷面成回字形或十字形等，使其能縱向排水，透水擋泥濾膜由透水性好的滌綸類或丙烯類合成纖維制成。特征是吸水膨脹、軟化、崩解、失水急劇收縮開裂，并能產(chǎn)生往復(fù)變形。 膨脹土的工程特性膨脹土粘粒成份主要由強(qiáng)親水性礦物質(zhì)組成，并且具有顯著脹縮性的粘性土。失水體積收縮，造成土體開裂，并使建筑物下沉。(2)崩解性膨脹土浸水后體積膨脹，在無側(cè)限條件下則發(fā)生吸水濕化。裂隙面光滑有擦痕，且大多充填有灰白或灰綠色黏土薄膜、條帶或斑塊，其礦物成分主要為蒙脫石，有很強(qiáng)的親水性，具有軟化土體強(qiáng)度的顯著特征。(5)強(qiáng)度衰減性膨脹土的抗剪強(qiáng)度為典型的變動強(qiáng)度，具有峰值強(qiáng)度極高、殘余強(qiáng)度極低的特性。(2)滑坡 和一般滑坡相同，斜坡土體沿土中軟弱面而滑動。(3)坍滑 路堤邊坡坍滑是膨脹土地段的路塹、路堤邊坡經(jīng)常發(fā)生的一種變形現(xiàn)象。液限一般為40%～68% ，塑性指數(shù)多在20～35。(2)土的含水率在工程施工中，建造在含水量保持不變的黏土上的構(gòu)造物不會遭受由膨脹而引起的破壞。一般來講，很干的黏土表示有危險。(3)土的密度土的密度大，孔隙比就小，浸水膨脹強(qiáng)烈，而失水收縮??；相反，土的密度小，孔隙比就大，浸水膨脹小，失水收縮大。因此，地基土產(chǎn)生脹縮變形的程度各不相同。平坦場地上I、II級膨脹土的地基處理，宜采用砂、碎石墊層，墊層厚度≥300 mm，墊層寬度應(yīng)大于基底寬度，兩側(cè)宜采用與墊層相同的材料回填，并做好防水處理。(3)采用樁基膨脹土層較厚時，應(yīng)采用樁基，樁尖支承在非膨脹土層上，或支承在大氣影響層以下的穩(wěn)定層上。第3章 路基排水與防護(hù) 概況水對土體的浸濕、飽和及沖刷作用，常常會造成土體的強(qiáng)度降低，導(dǎo)致路基的各種病害，如基床產(chǎn)生翻漿冒泥、下沉和凍害，路基邊坡產(chǎn)生滑動和坍塌的，影響線路的正常運(yùn)營。易于沖蝕的土質(zhì)邊坡和易于風(fēng)化的巖石路塹邊坡，在施工完成后，經(jīng)長期的自然風(fēng)化和雨水沖刷的作用，可發(fā)生溜坍、掉塊和沖溝等坡面變形和破壞；而在修建河灘上和水庫邊上的路堤，必然經(jīng)常地或者周期性的受到水流的沖刷作用，路基的邊坡和穩(wěn)定性必然受到很大的影響而遭到破壞。填料含水量過大，會引起強(qiáng)度降低，邊坡坍塌，路基下沉或滑動，影響線路的使用功能。一般情況下，不應(yīng)利用邊溝作農(nóng)業(yè)灌溉用，但不得已時，應(yīng)采取加固措施以防水流危害路墓。(4)排水溝渠的出水口應(yīng)盡可能引接至天然河溝，以減少橋涵工程，不應(yīng)直接使水流入農(nóng)田，損害農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。凡此種種都說